package jm.data.structure.hash;

import jm.data.structure.map.Map;

import java.util.*;

/**
 * @Description 实现 hashMap
 * @date 2022/4/25 16:56
 */
@SuppressWarnings({"unchecked","rawtypes"})
public class HashMap<K,V> implements Map<K,V> {

    // 红黑树节点颜色
    private static final boolean RED = false;
    private static final boolean BLACK = true;

    // 默认长度为 2 的 4 次方
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 1 << 4;

    // 装填因子
    private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    // 哈希表长度
    private int size;

    // 哈希数组（存放红黑树的根节点）
    private Node<K,V>[] table;

    public HashMap(){
        table = new Node[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public void clear() {
        if (size == 0){
            return;
        }
        // 清空table
        Arrays.fill(table, null);
        size = 0;
    }

    @Override
    public V put(K k, V v)  {
        resize();
        int index = index(k);
        // 判断索引位置是否有元素
        Node<K, V> root = table[index];
        if (root == null){ // 没有元素，添加到索引位置，并作为红黑树的根节点
            root = createNode(k,v,null);
            table[index] = root;
            size ++;
            // 修复红黑树性质
            afterPut(root);
            return null;
        }
        // 添加的不是第一个节点
        // 找到父节点
        Node<K, V> parent = root;
        Node<K, V> node = root;
        int cmp = 0;
        int newHash = hash(k);
        // 存放扫描结果
        Node<K,V> result = null;
        // 判断是否已经扫描过了
        boolean searched = false;
        do {
            parent = node;
            // 当前索引的 k 和 hash
            K oldK = node.key;
            int oldHash = node.hash;
            if (newHash > oldHash){
                cmp = 1;
            }else if (newHash < oldHash){
                cmp = -1;
            }else if (Objects.equals(k,oldK)){ // 哈希值相同且equals直接覆盖
                cmp = 0;
            }else if (k != null && oldK != null // 可以比较并且比较值不为0
                    && k.getClass() == oldK.getClass()
                    && k instanceof Comparable
                    && (cmp = ((Comparable) k).compareTo(oldK)) != 0){

            }else if (searched){ // 已经扫描过了，没有相同的k，直接内存地址相减。
                cmp = System.identityHashCode(k) - System.identityHashCode(oldK);
            }else {
                // 扫描左右判断，已经存在就覆盖。
                if ((node.left != null && (result = node(node.left,k)) != null)
                        || (node.left != null && (result = node(node.left,k)) != null)){
                    node = result;
                    cmp = 0;
                }else { // 不存在 k
                    searched = true;
                    cmp = System.identityHashCode(k) - System.identityHashCode(oldK);
                }
            }
            if (cmp > 0) {
                node = node.right;
            } else if (cmp < 0) {
                node = node.left;
            } else { // 相等就把k 和 v 一块覆盖掉
                node.key = k;
                V oldValue = node.value;
                node.value = v;
                return oldValue;
            }
        } while (node != null);
        // 插入到父节点的哪个位置
        Node<K, V> newNode = createNode(k,v,parent);
        if (cmp > 0) {
            parent.right = newNode;
        } else {
            parent.left = newNode;
        }
        size++;
        // 新添加节点之后的处理
        afterPut(newNode);
        return null;
    }

    @Override
    public V get(K k) {
        Node<K, V> node = node(k);
        return node == null ? null : node.value;
    }

    @Override
    public V remove(K k) {
        return remove(node(k));
    }

    @Override
    public boolean containsKey(K k) {
        return get(k) != null;
    }

    @Override
    public boolean containsValue(V v) {
        if (size == 0){
            return false;
        }
        Queue<Node<K,V>> queue = new LinkedList();
        for (Node<K, V> kvNode : table) {
            if (kvNode == null) {
                continue;
            }
            queue.offer(kvNode);
            while (!queue.isEmpty()) {
                Node<K, V> node = queue.poll();
                if (Objects.equals(v, node.value)) {
                    return true;
                }
                if (node.left != null) {
                    queue.offer(node.left);
                }
                if (node.right != null) {
                    queue.offer(node.right);
                }
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void traversal(Visitor<K, V> visitor) {
        if (size == 0 || visitor == null){
            return;
        }
        Queue<Node<K,V>> queue = new LinkedList();
        for (Node<K, V> kvNode : table) {
            if (kvNode == null) {
                continue;
            }
            queue.offer(kvNode);
            while (!queue.isEmpty()) {
                Node<K, V> node = queue.poll();
                if (visitor.visit(node.key,node.value)){
                    return;
                }
                if (node.left != null) {
                    queue.offer(node.left);
                }
                if (node.right != null) {
                    queue.offer(node.right);
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 删除之后链表修复，由子类去实现
     * @param willNode 想删除的节点
     * @param node 真正从内存中删除的节点
     */
    protected void afterRemoveLinked(Node<K,V> willNode,Node<K,V> node){

    }

    /**
     * 创建节点
     * @return
     */
    protected Node<K,V> createNode(K key, V value, Node<K, V> parent){
        return new Node<>(key,value,parent);
    }

    /**
     * 扩容方法
     */
    private void resize(){
        // 装填因子不足够扩容
        if ((size / table.length) <= DEFAULT_LOAD_FACTOR){
            return;
        }
        Node<K, V>[] oldTable = this.table;
        // 容量阔为原先的两倍
        this.table = new Node[this.table.length << 1];
        // 扩容之后，原先的索要么不变，要么变为index + 旧容；
        Queue<Node<K,V>> queue = new LinkedList();
        for (Node<K, V> kvNode : oldTable) {
            if (kvNode == null) {
                continue;
            }
            queue.offer(kvNode);
            while (!queue.isEmpty()) {
                Node<K, V> node = queue.poll();
                if (node.left != null) {
                    queue.offer(node.left);
                }
                if (node.right != null) {
                    queue.offer(node.right);
                }
                // 移动节点
                moveNode(node);
            }
        }
    }

    /**
     * 移动节点
     * @param newNode
     */
    private void moveNode(Node<K, V> newNode){
        // 重置node
        newNode.parent = null;
        newNode.right = null;
        newNode.left = null;
        newNode.color = RED;

        int index = index(newNode.key);
        // 判断索引位置是否有元素
        Node<K, V> root = table[index];
        if (root == null){ // 空桶
            root = new Node<>(newNode.key,newNode.value,null);
            table[index] = root;
            // 修复红黑树性质
            afterPut(root);
            return;
        }
        // 添加的不是第一个节点
        Node<K, V> parent = root;
        Node<K, V> node = root;
        int cmp = 0;
        K newK = newNode.key;
        int newHash = newNode.hash;
        do {
            parent = node;
            // 当前索引的 k 和 hash
            K oldK = node.key;
            int oldHash = node.hash;
            if (newHash > oldHash){
                cmp = 1;
            }else if (newHash < oldHash){
                cmp = -1;
            }else if (newK != null && oldK != null // 可以比较并且比较值不为0
                    && newK.getClass() == oldK.getClass()
                    && newK instanceof Comparable
                    && (cmp = ((Comparable) newK).compareTo(oldK)) != 0){
            }else {
                cmp = System.identityHashCode(newK) - System.identityHashCode(oldK);
            }
            if (cmp > 0) {
                node = node.right;
            } else if (cmp < 0) {
                node = node.left;
            }
        } while (node != null);

        if (cmp > 0) {
            parent.right = newNode;
        } else {
            parent.left = newNode;
        }
        newNode.parent = parent;
        afterPut(newNode);
    }


    /**
     * 根据 key 计算索引
     * @param k
     * @return 索引
     */
    private int index(K k){
        return hash(k) & (table.length - 1);
    }

    /**
     * 扰动计算
     * @param k
     * @return
     */
    private int hash(K k){
        // 如果传入的 k 为空，返回 0
        if (k == null){
            return 0;
        }
        int hash = k.hashCode();
        return hash  ^ (hash >>> 16);
    }

    /**
     * 返回节点的索引
     * @param node
     * @return 索引
     */
    private int index(Node<K,V> node){
        return (node.hash) & (table.length - 1);
    }

    /**
     * 比较值
     * @param k1
     * @param k2
     * @param h1 k1.hash
     * @param h2 k2.hash
     * @return
     */
    private int compare(K k1, K k2, int h1, int h2) {
        // 比较哈希值
        int result = h1 - h2;
        if (result != 0){ // 哈希值不相等
            return result;
        }

        // 哈希值相等 且 equals
        if (Objects.equals(h1,h2)) {
            return 0;
        }

        if (k1 != null && k2 != null){
            // 比较类型
            String k1Cls = k1.getClass().getName();
            String k2Cls = k2.getClass().getName();
            result = k1Cls.compareTo(k2Cls);
            if (result != 0){ // 不同类型按照类型大小排序
                return result;
            }

            // 判断类型是否具有可比性
            if (k1 instanceof Comparable){
                return ((Comparable) k1).compareTo(k2);
            }
        }

        // ① 同一类型，哈希值相同，不具备可比性
        // ② k1 空 ， k2 不空
        // ③ k1 不空 ， k2 空
        // 根据内存地址 计算哈希值
        return System.identityHashCode(k1) - System.identityHashCode(k2);
    }

    /**
     * 根据 k 传入节点
     * @param k
     * @return
     */
    private Node<K,V> node(K k){
        Node<K, V> root = table[index(k)];
        return root == null ? null : node(root,k);
    }

    /**
     * 递归查找节点
     * @param node
     * @param k
     * @return
     */
    private Node<K,V> node(Node<K,V> node,K k){
        // 获取扰动计算的哈希值
        int newHash = hash(k);
        Node<K,V> resultNode = null;
        int cmp = 0;
        while (node != null){
            K oldK = node.key;
            int oldHash = node.hash;
            if (newHash > oldHash){ // 新节点哈希值大 - 往右找
                node = node.right;
            }else if (oldHash > newHash){ // 新节点哈希值小 - 往左找
                node = node.left;
            }else if(Objects.equals(k,oldK)){ // 哈希相等，equals，直接返回
                return node;
            }else if (oldK != null && k != null // 都不为空，且一种类型，具备可比较性，并且结果不为0
                    && oldK.getClass() == k.getClass()
                    && k instanceof Comparable
                    && (cmp = ((Comparable) k).compareTo(oldK)) != 0) {
                node = cmp > 0 ? node.right : node.left;
            }else if (node.right != null  // 哈希相等，不具可比较性，不equals 扫描左右子树，并且返回的节点不为空
                    && (resultNode = (node(node.right,k))) != null){
                return resultNode;
            }else {
                node = node.left;
            }
        }
        return null;
    }

    // 红黑树颜色相关
    private Node<K, V> color(Node<K, V> node, boolean color) {
        if (node == null) {
            return node;
        }
        node.color = color;
        return node;
    }

    private Node<K, V> red(Node<K, V> node) {
        return color(node, RED);
    }

    private Node<K, V> black(Node<K, V> node) {
        return color(node, BLACK);
    }

    private boolean colorOf(Node<K, V> node) {
        return node == null ? BLACK : node.color;
    }

    private boolean isBlack(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == BLACK;
    }

    private boolean isRed(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == RED;
    }

    // 旋转
    private void rotateLeft(Node<K,V> grand){
        Node<K,V> parent = grand.right;
        Node<K,V> child = parent.left;
        grand.right = child;
        parent.left = grand;
        afterRotate(grand, parent, child);
    }

    private void rotateRight(Node<K,V> grand){
        Node<K,V> parent = grand.left;
        Node<K,V> child = parent.right;
        grand.left = child;
        parent.right = grand;
        afterRotate(grand, parent, child);
    }

    private void afterRotate(Node<K,V> grand, Node<K,V> parent, Node<K,V> child){
        // 更新 parent

        // 更新 p 的 parent 使成为当前子树的根节点
        parent.parent = grand.parent;
        if (grand.isLeftChild()){
            grand.parent.left = parent;
        }else if (grand.isRightChild()){
            grand.parent.right = parent;
        }else { // grand 是根节点
            table[index(grand)] = parent;
        }

        // 更新 p.left 的 parent
        if (child != null){
            child.parent = grand;
        }
        // 更新 g 的 parent
        grand.parent = parent;
    }

    /**
     * 删除传入节点
     * @param node
     * @return
     */
    protected V remove(Node<K,V> node){

        Node<K, V> willNode = node;

        if (node == null){
            return null;
        }
        size--;

        V oldValue = node.value;

        // 判断度为2
        if (node.hasTwoChildren()){
            // 获取后继节点
            Node<K,V> s = successor(node);
            // 后继节点的值覆盖当前节点的值
            node.key = s.key;
            node.value = s.value;
            node.hash = s.hash;
            // 将node指向s节点
            node = s;
        }

        // 获取被删除节点的子节点，如果左子节点为空则获取右子节点；
        // 如果子节点都为空，则表示该节点是叶子节点返回null。
        Node<K,V> relacement = node.left != null ? node.left : node.right;

        // 当前索引中的根节点
        int index = index(node);
        if (relacement != null){ // node 是度为1的节点
            // 更改parent
            relacement.parent = node.parent;
            // 更改parent的left（right）的指向
            if (node.parent == null){ // node是度为1的根节点。
                table[index] = relacement;
            }else if (node == node.parent.left){ // 被删除节点是父节点的左子节点
                node.parent.left = relacement;
            } else { // 被删除节点是父节点的右子节点
                node.parent.right = relacement;
            }
            // 删除之后处理
            afterRemove(relacement);
        }else if(node.parent == null){ // node是叶子节点并且是根节点
            table[index] = null;
            // 删除之后处理
            afterRemove(node);
        }else { //node 是普通叶子节点
            if (node == node.parent.left){ // 当前节点是父节点的右子节点
                node.parent.left = null;
            }else { // 是父节点的左子节点
                node.parent.right = null;
            }
            // 删除之后处理
            afterRemove(node);
        }
        afterRemoveLinked(willNode, node);
        return oldValue;
    }

    /**
     * 返回后继节点
     * @param node
     * @return
     */
    private Node<K,V> successor(Node<K,V> node){
        if (node == null) {
            return null;
        }
        Node<K,V> prev = node.right;

        // 前驱在左子树中
        if (prev != null){
            while (prev.left != null){
                prev = prev.left;
            }
            return prev;
        }

        // 前驱在祖父节点中
        while (node.parent != null && node == node.parent.right){
            node = node.parent;
        }
        return node.parent;
    }

    /**
     * 删除之后修复红黑树
     * @param node
     */
    private void afterRemove(Node<K,V> node) {
        // 如果删除的节点是红色
        // 或者 用以取代删除节点的子节点是红色
        if (isRed(node)) {
            black(node);
            return;
        }

        Node<K,V> parent = node.parent;
        // 删除的是根节点
        if (parent == null) {
            return;
        }

        // 删除的是黑色叶子节点【下溢】
        // 判断被删除的node是左还是右
        boolean left = parent.left == null || node.isLeftChild();
        Node<K,V> sibling = left ? parent.right : parent.left;
        if (left) { // 被删除的节点在左边，兄弟节点在右边
            if (isRed(sibling)) { // 兄弟节点是红色
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateLeft(parent);
                // 更换兄弟
                sibling = parent.right;
            }

            // 兄弟节点必然是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 兄弟节点没有1个红色子节点，父节点要向下跟兄弟节点合并
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent);
                }
            } else { // 兄弟节点至少有1个红色子节点，向兄弟节点借元素
                // 兄弟节点的左边是黑色，兄弟要先旋转
                if (isBlack(sibling.right)) {
                    rotateRight(sibling);
                    sibling = parent.right;
                }

                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.right);
                black(parent);
                rotateLeft(parent);
            }
        } else { // 被删除的节点在右边，兄弟节点在左边
            if (isRed(sibling)) { // 兄弟节点是红色
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateRight(parent);
                // 更换兄弟
                sibling = parent.left;
            }

            // 兄弟节点必然是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 兄弟节点没有1个红色子节点，父节点要向下跟兄弟节点合并
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent);
                }
            } else { // 兄弟节点至少有1个红色子节点，向兄弟节点借元素
                // 兄弟节点的左边是黑色，兄弟要先旋转
                if (isBlack(sibling.left)) {
                    rotateLeft(sibling);
                    sibling = parent.left;
                }

                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.left);
                black(parent);
                rotateRight(parent);
            }
        }
    }

    /**
     * 添加之后修复红黑树
     * @param node
     */
    private void afterPut(Node<K,V> node){
        Node<K,V> parent = node.parent;

        // 添加的是根节点 或者 上溢到达了根节点
        if (parent == null) {
            black(node);
            return;
        }

        // 如果父节点是黑色，直接返回
        if (isBlack(parent)) {
            return;
        }

        // 叔父节点
        Node<K,V> uncle = parent.sibling();
        // 祖父节点
        Node<K,V> grand = red(parent.parent);
        if (isRed(uncle)) { // 叔父节点是红色【B树节点上溢】
            black(parent);
            black(uncle);
            // 把祖父节点当做是新添加的节点
            afterPut(grand);
            return;
        }

        // 叔父节点不是红色
        if (parent.isLeftChild()) { // L
            if (node.isLeftChild()) { // LL
                black(parent);
            } else { // LR
                black(node);
                rotateLeft(parent);
            }
            rotateRight(grand);
        } else { // R
            if (node.isLeftChild()) { // RL
                black(node);
                rotateRight(parent);
            } else { // RR
                black(parent);
            }
            rotateLeft(grand);
        }
    }

    protected static class Node<K, V> {
        int hash;
        K key;
        V value;
        boolean color = RED;
        Node<K, V> left;
        Node<K, V> right;
        Node<K, V> parent;
        public Node(K key, V value, Node<K, V> parent) {
            this.key = key;
            int hash = key == null ? 0 : key.hashCode();
            // 根据运算得到哈希值
            this.hash = hash ^ (hash >>> 16);
            this.value = value;
            this.parent = parent;
        }

        public boolean isLeaf() {
            return left == null && right == null;
        }

        public boolean hasTwoChildren() {
            return left != null && right != null;
        }

        public boolean isLeftChild() {
            return parent != null && this == parent.left;
        }

        public boolean isRightChild() {
            return parent != null && this == parent.right;
        }

        public Node<K, V> sibling() {
            if (isLeftChild()) {
                return parent.right;
            }

            if (isRightChild()) {
                return parent.left;
            }
            return null;
        }
    }
}
